EAGER: A novel parallel extracellular and intracellular nanoelectrode and nanoelectrode probe array for high throughput electrophysiological recording.

EAGER:一种新型并行细胞外和细胞内纳米电极和纳米电极探针阵列,用于高通量电生理记录。

基本信息

  • 批准号:
    1342912
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.02万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Conventional neural interfaces consist of microelectrode arrays (MEAs) that are in close contactwith neurons to record extracellular potential or stimulate electrical activity. However,due to the relative large microelectrode size, these MEAs are not capable of extracting intracellular signals, which is of particular interest in restoring functional loss of limb control of individuals with spinal cord injury or stroke. MEAs electrophysiological recordings still faces two major challenges, the inherent noisy data and the limited spatial resolution. These problems especially limit the accuracy and reliability of the movement parameter due to the unreliable spike recording for long durations. The objective of this research is the fabrication and characterization of independently addressable nanoelectrode arrays (NEAs) and nanoelectrode probe arrays (NEPAs) for high-throughput recording of extracellular and intracellular electrophysiological measurements of neural activity. Objective: This objective will be achieved through the following specific aims: a) To develop gold nanoelectrode array platforms for simultaneous characterization of neural activity in multiple neurons, b) to develop direct methods for growing carbon nanotubes (CNTs) on the 256-gold nanotips using metal-catalyzed chemical vapor deposition, and c) to validate high throughput detection of neural activities.Intellectual Merit: The proposed research is innovative and transformative because for the first time, simultaneous extracellular and intracellular characterization using fine pitch NEA and NEPA technology will be developed to probe large numbers of neurons, while maintaining high spatial resolution, high signal-to-noise ratio, and excellent selectivity of neural interfaces. Because of the very large number of neurons that can be potentially interfaced, the resulting NEA and NEPA system will provide ground-breaking capabilities for parallel extracellular and intracellular characterization of neurons.Broader Impacts: The proposed NEA and NEPA system represents the frontier challenge for electrophysiological recording technology. This high throughput approach will advance electrophysiological characterization by enabling multiple neurons to be studied simultaneously while controlling other stimulation conditions to enable the reestablishment of the intricate connections between neurons after spinal injury or stroke. Results of the proposed research will be integrated into educational outreach activities by developing summer research experiences for K-12 and incoming university transfer students and by developing research experience for undergraduates.
传统的神经接口由微电极阵列(MEA)组成,它们与神经元紧密接触以记录细胞外电位或刺激电活动。然而,由于相对较大的微电极尺寸,这些MEA不能提取细胞内信号,这在恢复患有脊髓损伤或中风的个体的肢体控制的功能丧失方面特别令人感兴趣。MEAs电生理记录仍然面临两个主要挑战,固有的噪声数据和有限的空间分辨率。这些问题特别限制了运动参数的准确性和可靠性,这是由于长持续时间的不可靠尖峰记录。本研究的目的是制造和表征可独立寻址的纳米电极阵列(NEA)和纳米电极探针阵列(NEPA),用于高通量记录神经活动的细胞外和细胞内电生理测量。目的:这一目标将通过以下具体目标实现:a)开发用于同时表征多个神经元中的神经活动的金纳米电极阵列平台,B)开发使用金属催化化学气相沉积在256-金纳米尖端上生长碳纳米管(CNT)的直接方法,以及c)验证神经活动的高通量检测。这项研究具有创新性和变革性,因为这是第一次使用细间距NEA和NEPA技术同时进行细胞外和细胞内表征,以探测大量神经元,同时保持高空间分辨率,高信噪比和神经界面的出色选择性。 由于大量的神经元,可以潜在的接口,由此产生的NEA和NEPA系统将提供开创性的能力,并行细胞外和细胞内的表征neurons.Broader影响:拟议的NEA和NEPA系统代表的前沿挑战电生理记录技术。这种高通量方法将通过使多个神经元同时被研究,同时控制其他刺激条件,以使脊髓损伤或中风后神经元之间的复杂连接的重建,从而推进电生理学表征。拟议研究的结果将通过为K-12和即将入学的大学转学生开发夏季研究经验,并为本科生开发研究经验,纳入教育推广活动。

项目成果

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